Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 8
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 10
1.1 Практика использования методов вычислительной гидродинамики. реализованной в коммерческих программных продуктах, в области моделирования гидродинамических подшипников скольжения... 10
1.2 Особенности метода конечных элементов в решении задач
вычислительной гидродинамики 18
1.2.1 Применение программного пакета ANSYS в решении задач
гидродинамики 20
1.2.2 Workbench ANSYS 21
1.2.3 ANSYS DesignModeler 22
1.2.4 ANSYS Meshing 23
1.2.5. FluidFlow (CFX) HFluidFlow (FLUENT) 25
1.2.6 Алгоритмы работы Решателя ANSYSCFX 27
1.2.7 Постпроцессинг 30
1.3 Постановка задачи исследования 31
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РЕШЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ
ЗАДАЧИ СМАЗКИ РАДИАЛЬНОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ СРЕДСТВАМИ ANSYS CFD 33
2.1 Построение базовой модели подшипника скольжения при
помощи ANSYS CFX 33
2.2 Выбор размеров сетки КЭ 40
2.3 Задание граничных условий модели 44
2.3.1 Моделирование подачи смазки 44
2.3.2 Моделирование кавитации при использовании ANSYS CFD . .. 48
2.3 Расчет и анализ результатов расчета 53
3 ВЕРИФИКАЦИЯ МЕТОДИКИ 62
3.1 Аналитическое решение для подшипника бесконечной длины .. 63
3.1.1 Расчет опоры бесконечной длины 67
3.2 Аналитическое решение для "короткого" подшипника 70
3.2.1 Расчет короткой опоры 74
3.3 Сравнение результатов аналитических решений и CFD анализа
при различных эксцентриситетах 76
3.3.1 Описание СЕО модели 76
3.3.2 Влияние граничных условий 77
3.3.4 Влияние эксцентриситета для модели короткой опоры 82
3.3.5 Влияние эксцентриситета для модели опоры конечной длины 86
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 90
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 91
ПРИЛОЖЕНИЕ 94
Качение и скольжение тел одного по другому при подаче смазки под давлением приводят к образованию в зоне контакта поверхностей тел смазочного слоя или пленки. Толщина этого слоя - от 0,1 до 100 мкм, что на несколько порядков больше размера молекулы смазки. Поэтому для исследования течения смазочного слоя можно применять методы механики сплошных сред, в частности гидродинамику.
Объектом теоретических исследований процессов является слой смазки, заключенный между поверхностями трения.Поведениеэтого слоя смазки описывается системой уравнений гидродинамики,теплопередачи, а поверхности трения считаются границами слоя смазки. в реальности обладающиеупруго-пластическими свойствами.
Предметом теоретических исследований является математическая модель физических процессов в слое смазки и окружающих его границах. В зависимости от уровня детализации процессов в слое различают следующие методы исследования (решения) математической модели:
- аналитический метод - учтены лишь основные процессы, математическая модель допускает аналитическое решение в виде конечных формул;
- численный метод - допускает решение математической модели, более подробно описывающей физические процессы в смазочном слое. Решение получается в виде числовых значений искомых параметров;
- аналитико-численный метод - какая-то часть математической модели проинтегрирована аналитически, а оставшаяся часть решается численно, с использованием результатов аналитического решения, что ускоряет проведение расчетов.
Наиболее широко при расчетах гидродинамических подшипников применяются аналитические методы.
Также активно применяются численные методы, основанные на методе конечных разностей. Также к этому типу относится метод конечных элементов, который является более универсальным для задач
гидродинамики, а также позволяет решать задачи сопряженные задачи гидродинамики и физики взаимодействия твердых тел. К минусам данного метода можно отнести его недостаточную изученность в отношении применимости к решению задач расчета гидродинамических опор, а также высокие требования к вычислительным ресурсам.
Однако ряд работ в данном направлении уже ведется, а
вычислительные мощности персональных компьютеров приблизились к возможности решения гидродинамических задач методом конечных элементов. В соответствии с этим целью данной работы является разработка методики Разработка методики CFD моделирования гидродинамических процессов в смазочном слое подшипников скольжения
На основе проведенного анализа научной и технической литературы была проведена оценка актуальности исследования.
Была разработана методика моделирования и расчета тонкого смазочного слоя методом конечных элементов. Рассчитаны эпюры давления при различных значениях относительного эксцентриситета для моделей бесконечной, конечной и короткой опор.
Для верификации результатов, полученных в ходе моделирования проведен аналитический расчет.
Проведен расчет с учетом модели кавитации.
В результате полученных результатов сделаны выводы:
Расчет тонкого смазочного слоя подшипника скольжения методом конечных элементов даёт результаты наиболее близкие к аналитическим при значениях эксцентриситета от % = 0,5 до х = 0,8 и при отношении длины моделируемого подшипникак диаметру от а = 0,5 и более. Также необходимым условием при моделировании смазочного слоя является учёт в расчете модели кавитации.
